Структура нуклонов и ядра

Глава XVI. Структура нуклонов и ядра [c.96]

СТРУКТУРА НУКЛОНОВ и ЯДРА 89. Первые опыты [c.96]

Основные положения обобщенной модели ядра сводятся к следующему. Как и в случае модели оболочек, здесь также принимается, что нуклоны в ядре движутся в некотором среднем самосогласованном поле, почти не зависящем от положения каждого нуклона, и образуют замкнутые нейтронные и протонные оболочки. Это самосогласованное поле резко меняется у поверхности. Можно сказать, что ядро состоит из внутренней более устойчивой области— ядерного остова , образованного нуклонами, входящими в состав замкнутых оболочек, и внешних нуклонов, которые движутся в поле этого остова. Остов ядра , образованный заполненными оболочками, имеет сферическую форму. Внешние нуклоны, не входящие в состав замкнутых оболочек, могут создавать у поверхности ядра неоднородности (флуктуации) потенциала самосогласованного поля, что приводит к несферическому характеру поля. Движение этих внешних нуклонов вызывает деформацию остова ядра , т. е. оболочечной структуры, и сферически симметричная поверхность ядра превращается в эллипсоидальную. В свою очередь деформированный остов ядра еще более усиливает отклонение поля от сферической структуры. Величина деформации поверхности зависит от числа внешних деформирующих нуклонов и от их квантовых состояний. Деформация ядерной поверхности является коллективной формой движения нуклонов, и она может приводить к колебаниям вытянутости по поверхности ядра или к появлению различных вращений. [c.194]

Иное положение мы имеем при взаимодействии падающей частицы с ядром. Атомное ядро представляет собой плотно упакованную структуру нуклонов. Вследствие этого налетающая частица (нуклон), приблизившаяся к ядру на расстояние, равное радиусу действия ядерных сил, вступает в сильное взаимодействие с ближайшими нуклонами ядра и быстро передает им свою энергию. Передав свою энергию, сама влетевшая частица оказывается не в состоянии вылететь из ядра. Образуется ядро, отличающееся от исходного тем, что к нему присоединилась еще одна дополнительная частица (нуклон, а-частица или дру ое легкое ядро) и привнесена энергия этой частицей. Возникшее ядро называется составным или промежуточным ядром. Это новое ядро находится в возбужденном состоянии, привнесенная энергия возбуждения распределена между многими нуклонами ядра. Возбужденное составное ядро может освободиться от избытка энергии или путем выбрасывания частицы, или путем испускания у-фотона. [c.274]

Третья часть книги посвящена ядерным силам и элементарным частицам. Здесь рассмотрены опыты по нуклон-нуклонным рассеяниям и свойства ядерных сил рассеяние быстрых электронов на ядрах и протоне и структура нуклонов свойства х- и я-мезонов и вопрос об изотопической инвариантности ядерных взаимодействий свойства и систематика странных частиц получение и свойства антинуклонов и других античастиц и свойства нейтрино и антинейтрино цикл вопросов, связанных со свойствами слабого взаимодействия, и, наконец, вопрос о квазичастицах (резонансах). [c.12]

Очень важно отметить, что безразмерная величина f — построенная из по аналогии с постоянной тонкой структуры a = e j% — j S7, оказывается порядка единицы. Ее значение может быть оценено из сравнения с экспериментом (например, с величиной энергии связи нуклона в ядре или с данными по N—Л )-рассеянию. Это означает, что вклад в амплитуду взаимодействия от диаграмм более высокого порядка (который пропорционален Я, р и т. д.) сравним с вкладом от диаграмм низшего порядка. Все диаграммы становятся главными. Все члены ряда имеют одинаковый порядок величины. Ряд расходится. Считать нельзя. Это и есть основная трудность мезонных теорий. Ее происхождение связано с большой интенсивностью ядерного взаимодействия. [c.17]

Нетривиальным исключением из этого правила являются магнитные моменты ядер и jHe . Простота их структуры, казалось бы, позволяет исследовать все возможные причины аномального поведения их магнитных моментов. Однако удовлетворительное объяснение до сих пор найти не удалось. Похоже, что это отклонение связано с тем, что магнитный момент нуклона внутри ядра несколько отличается от момента свободного нуклона, [c.101]

Остаточное взаимодействие приводит к возникновению парных корреляций между нуклонами. Поясним теперь сделанное в конце предыдущего пункта замечание, почему, несмотря на эти корреляции, приближение самосогласованного поля применимо к ядру даже при больших остаточных взаимодействиях. Допустим на минуту, что остаточное взаимодействие в ядре выключено . Тогда нуклоны строго расположатся по оболочечным состояниям, причем в силу принципа Паули в каждом заполненном состоянии сможет находиться лишь один нуклон. Теперь включим остаточное взаимодействие. Оно, конечно, будет стремиться изменить состояния нуклонов. Но, чтобы изменить состояние нуклона, надо его выбить в одно из свободных состояний. А для этого нуклонам, находящимся на внутренних оболочках, нужны большие энергии возбуждения — до десятков МэВ. Поэтому даже довольно интенсивное остаточное взаимодействие может выбивать нуклон из внутренней оболочки редко и лишь на короткие промежутки времени. В результате структура внутренних заполненных оболочек в среднем слабо искажается остаточными взаимодействиями, что и обеспечивает применимость концепции независимого движения нуклонов в ядре. Только на нуклоны последней (верхней) оболочки остаточное взаимодействие может влиять заметным образом. [c.105]

Коэффициент D в (6.59), кроме мировых постоянных и константы, характеризующей интенсивность слабых взаимодействий, может еще зависеть от энергий Е, Е , от взаимных ориентаций спинов и от угла между импульсами электрона и антинейтрино. Происхождение этих зависимостей может быть двояким. Во-первых, коэффициент D может зависеть от энергии за счет свойств слабых взаимодействий. Такая зависимость будет проявляться во всех без исключения распадах, в том числе в распаде свободного нейтрона. Во-вторых, зависимость D от Е может возникнуть за счет особенностей структуры ядра. В этом случае D будет константой для распада свободного нейтрона и для тех распадов, при которых не меняется конфигурация нуклонов в ядре. В остальных случаях форма спектра будет различной для ядер разных типов. [c.237]

Очень важно отметить, что безразмерная величина построенная из gц по аналогии с постоянной тонкой структуры а = е /(йс)= 1/137, оказывается порядка единицы, т. е. л,а 10е. Ее значение может быть оценено из сравнения с экспериментом [например, со значением энергии связи нуклона в ядре или с данными по М—ЛО-рассеянию]. Это означает, что вклад в амплитуду взаимодействия от диаграмм более высокого порядка (который пропорционален / , и т. д.) сравним с вкладом от диаграмм низшего порядка. Все диаграммы становятся главными. Все члены [c.15]

Одной из таких моделей является рассмотренная выше капельная модель ядра, построенная в предположении сильного взаимодействия нуклонов между собой. Капельная модель дает приблизительно правильное представление об изменении массы ядра в зависимости от числа содержащихся в нем нуклонов, позволяет получить энергетические условия а- и р-распада, дает оз-можность достаточно подробно проанализировать физику деления тяжелых ядер. На основе капельной модели можно получить правильное качественное представление об общей структуре распределения уровней в ядре. [c.183]

РНЫЕ РЕАКЦИИ —процессы, идущие при столкновении ядер или элементарных частиц с др. ядрами, в результате к-рых изменяются квантовое состояние и нуклон-ный состав исходного ядра, а также появляются новые частицы среди продуктов реакции. Я. р. позволяют исследовать механизм взаимодействия частиц и ядер с ядрами. Это осн. метод изучения структуры ядра (см. Ядро атомное), получения новых изотопов и элементов. Для осуществления Я. р. необходимо сближение частиц (нуклона и ядра, двух ядер и т. д.) до расстояния 10"см, или до 1 ферми (радиус сильного взаимодействия), между частицей и поверхностью ядра или между поверхностями ядер. При больших расстояниях взаимодействие заряж. частиц чисто кулоновское. В Я. р. выполняются законы сохранения энергии, импульса, угл. момента, электрич, и барионного зарядов (см. Бариотое число). Я. р. обозначаются символом а (Ь, с) d, где а—исходное ядро-мишень, Ь—налетающая частица, с—новая вылетающая частица, d—результирующее ядро. [c.667]

В последние годы изучение структуры нуклона сущест-венно продвинулось вперед благодаря опытам Хофштадтера и Вильсона по исследованию рассеяния быстрых электронов на ядрах и протонах. [c.656]

Таким образом, результаты опытов по изучению структуры нуклона удается понять с П0М0Ш,ью сравнительно небольшого усложнения модели нуклона. Скалярную часть заряда физического нуклона надо представлять себе не только сосредоточенной в центре ядра (голый протон в старой модели), но и распределенной в широкой области скалярного облака. Малые размеры керна можно объяснить отдачей при испускании нуклоном виртуальных я-мезонов или существованием вокруг нуклона облака из виртуальных нуклон-антинуклонных пар. В обоих случаях должно наблюдаться размазывание нуклона на область размерами порядка комптоновской длины нуклона йк [c.659]

Мезонная теория ядериых сил. Представление о сильном взаимодействии вошло в науку о строении атомного ядра в 1934 г. сразу же после того, как советским ученым Д. Д. Иваненко и В. Гейзенбергом была предложена протонно-нейтронная модель ядра. Оно явилось естественным ответом на вопрос что удерживает частицы ядра вместе Между протонами ядра действует кулоновское отталкивание, во много раз превышающее силы гравитационного притяжения. Тем не менее ядра атомов являются устойчивыми системами, а это означает, что между ядерными частицами должны действовать новые силы не известной пока природы. Они во много раз больше электростатических и удерживают вместе как одноименно заряженные протоны, так и нейтроны. Эти силы были названы ядерными, а взаимодействие между нуклонами в ядре — сильным. Заметим, что если названия гравитационного и электромагнитного взаимодействий связаны с их механизмом, то название сильное взаимодействие всего лишь качественное. О нем известно не много. Поскольку это взаимодействие существует между частицами, входящими в состав атомного ядра, оно является короткодействующим. Его радиус действия сравним с размерами ядра, т. е. примерно равен 10 см. Раскрытие механизма сильного взаимодействия, природы ядерных сил пот1)ебовало от теоретиков и экспериментаторов разработки принцигаально новых представлений о структуре нуклонов. [c.184]

Деформация ядер — квантовый эффект, связанный с оболочечной структурой ядра. Конфигурации заполненных оболочек сферически симметричны. Напротив, орбиты частиц, не входящих в заполненные оболочки, анизотропны, что приводит к отклонению формы ядра от сферически симметричной. Все обнаруженные Д. я. имеют форму вытянутых эллипсоидов вращения. Отклонению от аксиальной симметрии препятствуют спии-орбиталъное взаимодействие нуклонов и парные корреляции пуклоиов в ядре (см. ниже). Неакспальная форма возможна у самых лёгких Д. я. Неск. нуклонов сверх заполненных оболочек в этих ядрах составляют значит, часть всех частиц в ядре, что приводит к наибольшим наблюдаемым деформациям. [c.599]

Эксперим. измерения С. рассеяния дают сведения о структуре сталкивающихся частиц. Так, измерения угл. зависимости С. упругого рассеяния о -частиц атомами позволили открыть атомное ядро, а С. упругого рассеяния электронов нуклонами определить радиусы нуклонов и распределение в них электрич. заряда и магн. момента (т. н. эл.-магн, формфактори]. Изучение С. глубоко неупругих процессов рассеяния леп-тонов на нуклонах обнаружило составляющие их точечные частицы достаточно малых размеров — пар-тоны. [c.488]

До 1930-х гг. для описания наблюдаемых фиэ. явлений достаточно было рассматривать гравитац. и зя,-магн. взаимодействия. Первые играют решающую роль в явлениях космич. масштабов, а вторые ответственны за строение атомов, молекул и за всё многообразие внутр. свойств твёрдых тел, жидкостей и газов. Наличие С. в. проявилось, когда была открыта сложная структура атомных ядер, состоящих из протонов и нейтронов (нуклонов). Эксперимент показывал, что взаимодействие между нуклонами гораздо сильнее электромагнитного, поскольку типичные анергии связи нуклонов в ядрах порядка неск. МэВ, в то время как энергии связи в атомах порядка неск, зВ, Кроме того, эти силы, в отличие от электромагнитных и гравитационных, обладают малым радиусом действия см. В квантовой теории радиус действия сил обратно пропорционален массе частиц, обмен к-рыми обусловливает взаимодействие. Поэтому X. Юкава (Н. Yukawa) в 1935 высказал предположение о существовании тяжёлых квантов — мезонов, переносчиков С. в. В 1947 в космических лучах были открыты первые, ваиб. лёгкие из таких частиц — л-мезоны. [c.497]

Физика ядра. Открытие нейтрона в 1932 привело к созданию протонно-нейтронной модели ядра. К наст, времени достигнут большой прогресс в понимании структуры атомных ядер, построены разл. приближённые ядерные модели. Однако последоват. теории атомного ядра (подобной теории атома), позволяющей рассчитать, в частности, энергию связи нуклонов в ядре (её определяют по дефекту масс) и энергетич. уровни ядра, пока нет. [c.320]

Отношение структурной ф-ции ядра к сумме структурных ф-ций составляющих его нуклонов имеет сложную зависимость от скейлинговой переменной, к-рая наблюда лась группой экспериментаторов, объединённых в европей скую мюонную колла.борацню (ЕМС-эффект). Эта зависи мость обусловлена вкладом пионов, к-рыми обменивают ся нуклоны в ядре, ядерной структурой и др. [c.595]

ЯДЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ—раздел эксперим. ядерной физики, объединяющий методы исследования ядерных излучений а-, fS-частиц, 7-квантов, электронов внутр. конверсии (см. Конверсия внутренняя), а также протонов, нейтронов и др. частиц, возникающих при радиоакт. распаде и в ядерных реакциях. Определяются энергия частиц, их поляризация, пространств, и временные распределения. Цель исследований—определение спектра и квантовых характеристик ядерных состояний энергии, спина, чётности, магн. дипольных и квадрупольных моментов ядер, параметров деформации (см. Деформированные ядра) и др., а также вероятностей переходов между ядерными состояниями в зависимости от их квантовых характеристик. Получаемые методами Я. с. эксперим. данные при сравнении их с результатами теоретич. расчётов в рамках тех или иных ядерных моделей позволяют судить об осн. чертшс связи и движений нуклонов в ядре, что может быть выражено через структуру модельной волновой ф-ции ядра. [c.656]

В обычных условиях отклонения от протонно-нейтронной модели, связанные с составной природой нуклонов и кварк-глюонной структурой Я. а., невелики и заключаются в следующем. 1) В результате взаимодействия между нуклонами последние могут существовать в Я. а. не только в основном, но и в возбуждённых состояниях, наз. нуклонными изобарами. Низшим из них по энергии является т. н. А-изобара (см. Резонансы). Часть времени ( 1 %) нуклоны в ядре могут пребывать в виде нуклонных изобар. 2) Запирание кварков в нуклонах не является абсолютным, в ядре могут на короткое время образовываться сгустки кварк-глюонной материи флуктоны), состоящие из 6, 9 и т. д. кварков (см. Кварк-глюонная плазма). [c.685]

Число нуклонов в ядре определяется целым массовым числом Л. Как видно из фиг. 1, известно около 275 сортов устойчивых ядер. За исключением А = 5,8, 43 и 61, все значения Л от 1 до 209 представлены известными устойчивыми ядрами, существующими в природе. Ядра с одинаковыми 2, но разными А, называются изотопами. Поскольку изотопы являются разными сортами одного и того же элемента, они обладают одинаковьши химическими свойствами и, следовательно, не могут быть разделены химическими методами. Примерное содержание различных изотопов в данном элементе может быть определено либо из сверхтонкой структуры полосатых спектров, либо при помсшщ масс-спектрографа. Последний дает также точный метод определения относительной массы, т. е. атомного веса, отдельных изотопов многих элементов. [c.6]

Неудивительно поэтому, что именно в последние годы предпринимаются поиски альтернативных методов описания малочастичных систем, способных служить дополнением к уравнениям Фаддеева-Якубовского или их заменой. К числу таких методов относится подход, основанный на описании эволюции квантовой системы с изменением не времени, как обычно, а величины константы связи, т. е. меры взаимодействия между частицами (сокращенно, ЭКС-метод [2]). Он уже положительно зарекомендовал себя в применении ко многим задачам ядерной физики низких энергий (рассеяние пионов и нуклонов на легких ядрах, внутренняя структура тритона и т. д. [3]). [c.310]

Ч. П12 сложной системы, состоящей из двух подсистем с Ч. соответственно П и П2, равна в системе центра инерции П з = П1П2(—1) , где Ь — орбитальный момент относит, движения подсистем 3) Ч. состояния составной частицы, определенная, согласно (3), в системе ее центра инерции, может трактоваться как внутренняя Ч. этой частицы, если ее структура несущественна для рассматриваемой конкретной проблемы. Эти 3 правила, справедливые и в релятивистской теории (для частиц с неравными нулю массами покоя), достаточны для использования закона сохранения Ч. ири исследовании структуры атомов и ядер, ядерных реакций и реакций сильных взаимодействий элементарных частпц. Из 1-го и 3-го правил следует, что внутренняя Ч. ядра (атома) совпадает с четностью чнсла нуклонов (электронов) в пезаполпеп-ных оболочках с нечетным орбитальным моментом р, /,...). Наир., нечетны ядро 1Л (3 нуклона в /1-оболочке) и атом фтора (5 электропов в 2Р-оболочке). Примером применения 2-го правила может служить ядерная реакция р— а-)-а17,2Л/эв, к-рая, [c.412]

Исследование процессов вз-ствия пионов с ч-цами и ядрами существенно для выяснения природы элем, ч-ц и определения структуры ядер. Пионы определяют периферич, часть сильного вз-ствия, в частности яд. сил. На малых расстояниях между нуклонами яд. силы обусловлены преим. обменом пионными резонансами. [c.532]

ПОДРЕШЁТКА МАГНЙТНАЯ, система периодически расположенных в пространстве одинаковых магн. атомов или ионов, имеющих одинаковые по величине и направлению магнит- ные моменты. П. м. рассматривают при описании магнитной структуры атомной антиферромагнетиков и ферримагнетиков. Трансляционные периоды магн. подрешёток могут совпадать с периодом кристаллографич. структуры, но могут быть и кратны им. В последнем случае магн. элементарная ячейка не совпадает с кристаллографической. Существование П. м. доказано опытами по дифракции нейтронов на магн. структурах. ПОДХВАТА РЕАКЦИЯ, ядерная реакция, при к-рой налетающая ч-ца подхватывает нуклон из ядра мишени п образует с ним связанную систему (ядро), напр, (р, а). [c.559]

Эксперим. измерения С. рассеяния дают сведения о структуре сталкивающихся ч-ц. Так, измерения сечения упругого рассеяния а-частиц атомами позволили открыть ат. ядро, а упругого рассеяния эл-нов нуклонами — определить радиусы нуклонов и распределение в них электрич. заряда и магн. момента (т. н. эл.-магн. формфакторы). Понятие С. используется также в кинетич. ур-ниях, описывающих неравновесные процессы в статистич. физике. [c.676]

Яд. силы характеризуются определённым радиусом действия, он определяется комптоновской длиной волны я-мезонов, к-рыми обмениваются нуклоны в процессе яд. вз-ствия г =%1 1с, где А — масса я-мезона. Наибольший радиус действия имеют силы, обусловленные обменом я-мезонами. Для них /-0=1,41 Ф (1Ф=10- см). Меншуклонные расстояния в ядрах имеют именно такой порядок величины, однако существенный вклад в яд. силы вносит обмен и более тяжёлыми мезонами. Точная зависимость яд. сил от расстояния между двумя нуклонами и относит, интенсивность яд. сил разного типа с определённостью не установлены. В многонуклонных ядрах возможны силы, к-рые не сводятся к вз-ствию только пар нуклонов. Роль т. н. многочастичных СИЛВ структуре ядер пока не выяснена. [c.923]

Многочастичная квант, система с сильным вз-ствием, каковой явл. ядро, с теор. точки зрения—объект исключительно сложный. Трудности связаны не только с вычислениями физ. величин, характеризуюпщх ядро, но и с качеств, пониманием свойств яд. состояний, спектра энергетич. уровней, механизма ядерных реакций. Тяжёлые ядра содержат много нуклонов, но всё же их число не столь велико, чтобы можно было с уверенностью воспользоваться методами статистич. физики, как в теории конденсированных сред жидкости., твёрдые те.га). К матем. трудностям теории добавляется недостаточная определённость данных о яд. силах. Поскольку меж-нуклонное вз-ствие сводится к обмену я-мезонами, объяснение свойств ядра в конечном счёте должно опираться на релятив. квант, теорию элементарных ч-ц, к-рая сама по себе в совр. её состоянии несвободна от внутр. противоречий и не может считаться завершённой. Хотя сравнительно небольшие в среднем скорости нуклонов в ядре ( 0,1 с) неск. упрощают теорию, позволяя строить её в первом приближении на основе нерелятив. коантовой механики, яд. задача мн. тел остаётся пока одной из фундамен тальных проблем совр. физики. По всем этим причинам до сих пор, исходя из первых принципов , рассматривалась только структура простейших ядер — дейтрона, и Не. Структуру более сложных ядер исследуют с помощью моделей. [c.925]

Описанная картина структуры не-сферич. ядра соответствует обобщению оболочечной модели на случай движения квазичастиц в сферически-несимметричном потенциальном поле (обобщённая модель). При этом несколько изменяется и схема энергетич. состояний и квант, числа, характеризующие индивидуальные орбиты ч-ц. В связи с появлением выделенного направления — оси симметрии эллипсоида, сохраняется проекция момента вращения каждой из ч-ц на эту ось. Момент вращения ч-цы ] при этом перестаёт быть определённым квант, числом. Практически, однако, для всех ядер смешивание орбит с разными / мало, так что несферичность ядра в движении ч-ц сказывается гл. обр. на появлении дополнит. квант, числа. Для нечётных ядер спин ядра I получается векторным сложением ротац. момента всего ядра как целого и момента вращения последнего нечётного нуклона. При этом энергия ротац. уровня зависит не только от /, но и от проекции полного момента вращения К нечётного нуклона на ось симметрии ядра. Разным К отвечают разные ротац. полосы . Общая ла, определяющая энергию 8 ротац. уровня нечётного ядра, имеет вид [c.927]

Это заключение полностью лодтверждается сведениями о структуре ядерных уровней, полученными из различных экспериментов. В части первой книг из анализа а- и р-распадов, а также сопровождающих их -излучений мы видели, что при относительно невысоких энергиях возбуждения ( 1—3 Мэе) тяжелого (А > 100) ядра уровни расположены сравнительно редко АЕ х = 100 кэв). Опыты по резонансному захвату медленных нейтронов показывают, что при энергиях возбуждения, слегка превышающих энергию присоединения нуклона ( 8 Мэе), расстояния между уровнями становятся гораздо меньше АЕ 1 —10 эв), хотя спектр уровней остается дискретным. Наконец,, при еще более высоких энергиях возбуждения (И 3>бп) уровни сближаются настолько, что начинают перекрываться, и спектр становится непрерывным. [c.317]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...